Science封面：魚對顏色的感知比人還豐富？

一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)了一種以前未知的視覺系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以讓動(dòng)物在黑暗的深海中保留色覺，過去人們曾認(rèn)為深海動(dòng)物們是色盲。這項(xiàng)研究發(fā)表在2019年5月10日《Science》雜志的封面上。

馬里蘭大學(xué)的生物學(xué)教授、論文的合著者Karen Carleton說：“這是篇研究各種魚類的論文，并發(fā)現(xiàn)它們的視覺系統(tǒng)是多么的多樣化和多變。決定我們眼睛光譜的基因?qū)σ唤M變異基因比較敏感，導(dǎo)致視覺系統(tǒng)進(jìn)化比我們預(yù)期的要快得多。”

脊椎動(dòng)物的眼睛使用兩種感光細(xì)胞——視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞。桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞都含有被稱為視蛋白的光敏色素，視蛋白吸收特定波長的光，并將其轉(zhuǎn)化為電化學(xué)信號，大腦將其解釋為顏色。光感受器細(xì)胞中所表達(dá)的視蛋白的數(shù)量和類型決定了動(dòng)物感知到的顏色。

在這項(xiàng)新的研究之前，人們認(rèn)為視錐負(fù)責(zé)色覺，視桿負(fù)責(zé)在昏暗的環(huán)境中檢測亮度。這項(xiàng)新工作表明情況并非如此。通過分析101條魚的基因組，研究人員發(fā)現(xiàn)有些魚含有多種視紫質(zhì)，這增加了它們擁有基于視紫質(zhì)的顏色視覺的可能性。

錐細(xì)胞通常含有表達(dá)多種視蛋白的基因，這就是為什么它們被用于色覺。但它們不像探測單個(gè)光子用于低光視覺的桿細(xì)胞那樣敏感。在99%的脊椎動(dòng)物中，桿細(xì)胞只表達(dá)一種光敏視蛋白，這意味著絕大多數(shù)脊椎動(dòng)物在弱光條件下是色盲的。

大多數(shù)深海魚類的視力都遵循同樣的模式，但新研究發(fā)現(xiàn)了一些明顯的例外。通過分析生活在6500英尺深的淺表層水域的魚的桿狀和錐狀細(xì)胞中表達(dá)視蛋白的基因，研究人員發(fā)現(xiàn)13條魚含有不止一個(gè)視蛋白基因。其中四種，全部是深海魚類，含有三個(gè)以上的桿狀視蛋白基因。

引人注目的是銀色洞鰭鯛，令人驚訝的是，它有38種桿視蛋白基因。這比研究人員在其他魚類的錐細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的視蛋白還多，而且在已知的脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的視蛋白數(shù)量也是多的（相比之下，人類的視覺使用四種視蛋白）。此外，在銀色洞鰭鯛身上發(fā)現(xiàn)的桿狀視蛋白對不同波長的光敏感。

Carleton說：“這太令人驚訝了。這意味著銀色洞鰭鯛的視覺能力與我們想象的大不相同。那么，問題是，這有什么好處？這些魚能用這些神奇的不同視蛋白做什么呢？”

Carleton認(rèn)為答案可能與發(fā)現(xiàn)正確的獵物有關(guān)。長期以來，人們一直認(rèn)為生活在深水中的動(dòng)物不需要色覺，因?yàn)橹挥兴{(lán)光能穿透600英尺深。但是，盡管沒有陽光，深海并不是沒有顏色的。許多生活在黑暗中的動(dòng)物通過生物發(fā)光產(chǎn)生自己的光。

這項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，在有多條視紫質(zhì)的魚中，它們的視紫質(zhì)的特定波長被調(diào)整為與共享它們棲息地的生物發(fā)光生物發(fā)出的光譜重疊。

Carleton說：“這可能是因?yàn)樗鼈兊囊曈X高度適應(yīng)了它們捕食的不同物種發(fā)出的不同顏色的光。”

值得注意的是，有三個(gè)以上桿視蛋白的四種魚類是不相關(guān)的物種。這表明，基于桿狀細(xì)胞的色覺可以被認(rèn)為是深水色覺，它是獨(dú)立多次進(jìn)化，給生存帶來一些好處。

研究人員說，他們的下一步行動(dòng)是將研究范圍擴(kuò)大到其他深海魚類，并尋找可能進(jìn)化出大量桿視蛋白的銀色洞鰭鯛的淺水親戚。

原文來源：Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes

（生物通：伍松）